周 成

安徽國際商務(wù)職業(yè)學(xué)院信息工程學(xué)院，安徽合肥,231131

逆變器不僅應(yīng)用于光伏系統(tǒng)同時(shí)也廣泛運(yùn)用于風(fēng)電系統(tǒng)中。新能源的大范圍應(yīng)用使得逆變器的產(chǎn)品越發(fā)成熟，這些新能源發(fā)電系統(tǒng)中逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及各種控制算法在某些方面具有一定共性和普遍性[1]。圖1顯示了常用的兩級光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，其中的各種控制如MPPT控制、SVPWM控制、PLL鎖相環(huán)控制等能夠?qū)崿F(xiàn)的前提是基于準(zhǔn)確及時(shí)的各種電壓、電流的有效采樣。然而，采樣必然存在一定的延遲，這種延遲包含硬件采樣的延遲和軟件采樣的延遲兩個(gè)方面[2-4]。采樣延遲過大時(shí)，必然導(dǎo)致控制策略的失效甚至系統(tǒng)的崩潰,造成巨大損失。

圖1 典型并網(wǎng)逆變系統(tǒng)

本文從采樣延遲對逆變器控制策略中電網(wǎng)電壓前饋解耦以及有功、無功電流解耦控制影響展開研究，指出影響的本質(zhì)原因，并給出一種有效抑制采樣延遲所帶來的影響的工程應(yīng)用方法。雖然風(fēng)力、光伏發(fā)電在各自的控制策略上有較大差異，但是它們的拓?fù)涠际悄孀兤鳌６叩臒o功電流和有功電流的解耦控制以及電網(wǎng)電壓的前饋策略都是相同的。所以本文所述的方法對風(fēng)電變流器的網(wǎng)側(cè)變流器同樣適用。

1 采樣延遲對并網(wǎng)逆變器的影響

新能源發(fā)電系統(tǒng)中各種算法的實(shí)現(xiàn)是基于采樣的各種電壓、電流信號。圖2所示是一種常用的并網(wǎng)逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。軟硬件采樣的參數(shù)一般包含直流側(cè)與并網(wǎng)側(cè)電壓、電流等采樣信號，分別經(jīng)過一定的矯正、優(yōu)化補(bǔ)償?shù)人惴ㄌ幚砗髤⑴c到如圖1所示的MPPT控制、SVPWM控制、PLL鎖相環(huán)控制等逆變器控制算法中，實(shí)現(xiàn)對并網(wǎng)逆變器的有效控制。

圖2 典型逆變器拓?fù)潆娐?/p>

圖3所示的是一種可抵消電網(wǎng)的電壓對電流的響應(yīng)影響的電流解耦合和電壓的前饋控制[5-6]方案，能有效提高并網(wǎng)逆變器的電流的跟蹤性能，因其簡單性，它被廣泛用于實(shí)際工程中。

圖3 電流解耦與電壓前饋控制框圖

為方便討論，設(shè)定td、t、t-td分別為系統(tǒng)對電網(wǎng)電壓的軟硬件采樣的總的延遲時(shí)間、PWM生成的時(shí)刻以及實(shí)際電網(wǎng)電壓的采樣時(shí)刻。那么在不考慮電網(wǎng)電壓突變的前提下有：

(1)

(2)

(3)

(4)

其中，ia(t-tid)、ib(t-tid)、ic(t-tid)分別為電流在t-tid時(shí)刻的采樣值，則由于一般情況下電壓的軟硬件采樣總延時(shí)和電流的軟硬件采樣總延時(shí)不相等即td≠tid。致使圖3所示的有功和無功電流解耦控制的不準(zhǔn)確。

2 采樣延遲的抑制方法

為了抑制系統(tǒng)軟硬件采樣延遲所導(dǎo)致的如圖3所示的電壓前饋、有功無功電流解耦控制不精確的問題，必需對電網(wǎng)電壓的正負(fù)序分量進(jìn)行分解。工程上一般采用基于Clarke、Park變換的鎖相環(huán)技術(shù)[7-8]來解決。圖4所示為基于雙坐標(biāo)變換鎖相環(huán)技術(shù)的解耦控制框圖，主要包含兩個(gè)部分,分別為電網(wǎng)正負(fù)序解耦控制模塊及鎖相環(huán)控制模塊。

圖4 電網(wǎng)正負(fù)序解耦及鎖相環(huán)模塊

(5)

通過對上述算法的分析，建立了圖5所示并網(wǎng)逆變器的實(shí)驗(yàn)平臺，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示，在考慮硬件和軟件延時(shí)后，將電壓傳感器的電壓前饋波形拉出。

圖5 并網(wǎng)逆變器實(shí)驗(yàn)平臺框圖

從圖6可知，控制策略可有效抑制采樣延遲，且逆變器輸出的前饋電壓與電網(wǎng)電壓完全一致。

圖6 實(shí)驗(yàn)波形

3 結(jié) 論

在逆變器系統(tǒng)控制中，軟件采樣和硬件采樣不可避免地存在采樣延遲。采樣延遲過大，會導(dǎo)致整個(gè)控制系統(tǒng)電壓前饋解耦和電流解耦控制不準(zhǔn)確，導(dǎo)致系統(tǒng)控制性能下降，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。在分析硬件和軟件延遲對逆變器損壞的基礎(chǔ)上，研究并改進(jìn)了基于雙坐標(biāo)變換的鎖相環(huán)算法。給出工程應(yīng)用的求解步驟，有效地解決了實(shí)際工程應(yīng)用中軟硬件延遲帶來的危害，本文所描述的抑制策略可以有效地抑制采樣延遲，提高系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定裕度。